טרמפולינה מופיעה כלא יותר מאשר כיף פשוט, אך היא למעשה מערך מורכב של החוקים הבסיסיים ביותר בפיזיקה. קפיצה מעלה ומטה היא דוגמא קלאסית לשימור האנרגיה, מהפוטנציאל לקינט. זה גם מציג את חוקי הוק ואת קבוע האביב. יתר על כן, הוא מאמת וממחיש כל אחד משלושת חוקי התנועה של ניוטון.
אנרגיה קינטית
אנרגיה קינטית נוצרת כאשר אובייקט עם כמות מסוימת של מסה נע במהירות מסוימת. במילים אחרות, לכל האובייקטים הנעים יש אנרגיה קינטית. הנוסחה לאנרגיה קינטית היא כדלקמן: KE = (1/2) mv ^ 2, כאשר m הוא מסה, ו- v הוא מהירות. כשאתם קופצים על טרמפולינה, לגופכם אנרגיה קינטית שמשתנה עם הזמן. כשאתם קופצים מעלה ומטה, האנרגיה הקינטית שלכם עולה ויורדת עם המהירות שלכם. האנרגיה הקינטית שלך היא הגדולה ביותר, רגע לפני שאתה מכה בטרמפולינה בדרך למטה וכשאתה משאיר את משטח הטרמפולינה בדרך למעלה. האנרגיה הקינטית שלך היא 0 כשמגיעים לגובה הקפיצה ומתחילים לרדת ומתי נמצאים בטרמפולינה, עומדים להניע כלפי מעלה.
אנרגיה פוטנציאלית
אנרגיה פוטנציאלית משתנה יחד עם אנרגיה קינטית. בכל עת, האנרגיה הכוללת שלך שווה לאנרגיה הפוטנציאלית שלך בתוספת האנרגיה הקינטית שלך. אנרגיה פוטנציאלית היא פונקציה של גובה והמשוואה היא כדלקמן: PE = mgh שבו m הוא מסה, g הוא כוח המשיכה קבוע ו- h הוא גובה. ככל שאתה גבוה יותר יש לך יותר אנרגיה פוטנציאלית. כשאתה עוזב את הטרמפולינה ומתחיל לנסוע כלפי מעלה, האנרגיה הקינטית שלך פוחתת ככל שאתה עולה. במילים אחרות, אתה מאט. כשאתה מאט ומעלה גובה האנרגיה הקינטית שלך מועברת לאנרגיה פוטנציאלית. באופן דומה, כשאתה נופל, הגובה שלך יורד מה שמוריד את האנרגיה הפוטנציאלית שלך. ירידה באנרגיה זו קיימת מכיוון שהאנרגיה שלכם משתנה מאנרגיה פוטנציאלית לאנרגיה קינטית. העברת האנרגיה היא דוגמא קלאסית לשימור האנרגיה, הקובעת כי סך האנרגיה קבועה לאורך זמן.
חוק הוק
החוק של הוק עוסק במעיינות ובשיווי משקל. טרמפולינה היא בעצם דיסק אלסטי המחובר למספר קפיצים. כשאתה נוחת על הטרמפולינה הקפיצים ומשטח הטרמפולינה נמתחים כתוצאה מכוח גופך שנוחת עליו. החוק של הוק קובע כי המעיינות יפעלו לחזרה לאיזון. במילים אחרות, הקפיצים ימשכו לאחור כנגד משקל גופך בעת הנחיתה. גודל כוח זה שווה לזה שאתה מפעיל על הטרמפולינה כשאתה נוחת. החוק של הוק נאמר במשוואה הבאה: F = -kx כאשר F הוא כוח, k הוא קבוע הקפיץ ו- x הוא העקירה של הקפיץ. החוק של הוק הוא בסך הכל צורה אחרת של אנרגיה פוטנציאלית. בדיוק כמו שהטרמפולינה עומדת להניע אותך, האנרגיה הקינטית שלך היא 0 אך האנרגיה הפוטנציאלית שלך ממקסמת, למרות שאתה בגובה מינימלי. הסיבה לכך היא שהאנרגיה הפוטנציאלית שלך קשורה לקבוע האביב ולחוק הוק.
חוקי התנועה של ניוטון
קפיצה על טרמפולינה היא דרך מצוינת להמחיש את שלושת חוקי התנועה של ניוטון. החוק הראשון, הקובע כי חפץ ימשיך בתנועתו אלא אם כן יפעל על ידי כוח חיצוני, מודגם על ידי העובדה שאתה לא מתנשא לשמיים כשאתה קופץ ושאתה לא טס בקרקעית הטרמפולינה כשאתה יורד. כוח המשיכה ומעיינות הטרמפולינה נותנים לך להקפיץ. החוק השני של ניוטון ממחיש כיצד המהירות שלך משתנה עם המשוואה הבסיסית של F = ma, או כוח שווה למסה כפולת האצה. המשוואה הפשוטה הזו משמשת למציאת המשוואות לאנרגיה קינטית, כאשר התאוצה היא פשוט כוח המשיכה. החוק השלישי של ניוטון קובע כי לכל פעולה יש תגובה שווה הפוכה. זה ממחיש על פי חוק הוק. כאשר הקפיצים נמתחים הם מפגינים כוח שווה והפוך, דוחסים חזרה לשיווי משקל ומניעים אותך למעלה באוויר.
